13C Metabolic Flux Analysis for Systematic Metabolic Engineering of S. cerevisiae for Overproduction of Fatty Acids

代谢工程 生物化学 雅罗维亚 焊剂(冶金) 代谢通量分析 通量平衡分析 酿酒酵母 脂肪酸 新陈代谢 化学 代谢途径 生物 酵母 有机化学
作者
Amit Ghosh,David Ando,Jennifer Gin,Weerawat Runguphan,Charles M. Denby,George Wang,Edward E. K. Baidoo,Chris Shymansky,Jay D. Keasling,Héctor García Martín
出处
期刊:Frontiers in Bioengineering and Biotechnology [Frontiers Media]
卷期号:4 被引量:47
标识
DOI:10.3389/fbioe.2016.00076
摘要

Efficient redirection of microbial metabolism into the abundant production of desired bioproducts remains non-trivial. Here, we used flux-based modeling approaches to improve yields of fatty acids in Saccharomyces cerevisiae. We combined 13C labeling data with comprehensive genome-scale models to shed light onto microbial metabolism and improve metabolic engineering efforts. We concentrated on studying the balance of acetyl-CoA, a precursor metabolite for the biosynthesis of fatty acids. A genome-wide acetyl-CoA balance study showed ATP citrate lyase from Yarrowia lipolytica as a robust source of cytoplasmic acetyl-CoA and malate synthase as a desirable target for downregulation in terms of acetyl-CoA consumption. These genetic modifications were applied to S. cerevisiae WRY2, a strain that is capable of producing 460 mg/L of free fatty acids. With the addition of ATP citrate lyase and downregulation of malate synthase, the engineered strain produced 26% more free fatty acids. Further increases in free fatty acid production of 33% were obtained by knocking out the cytoplasmic glycerol-3-phosphate dehydrogenase, which flux analysis had shown was competing for carbon flux upstream with the carbon flux through the acetyl-CoA production pathway in the cytoplasm. In total, the genetic interventions applied in this work increased fatty acid production by ~70%.
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